科學家解決了困擾數十年之久的顯微鏡問題

在顯微鏡下研究組織、細胞和蛋白質對於預防和治療疾病至關重要。這項研究需要精確測量這些生物結構的尺寸。然而，通過光學顯微鏡觀察這些樣本時，有時會發現它們比真實形態更扁平。

Daan Boltje 和 Ernest van der Wee 的實驗裝置。光學顯微鏡的鏡頭（右下角）被空氣包圍，透過玻璃板觀察小球。在玻璃板頂部，樣品被置於一滴水中。玻璃板和小球之間的距離可以調節，這樣研究人員就可以改變深度。資料來源：代爾夫特理工大學

代爾夫特理工大學（Delft University of Technology）的研究人員現在首次證明，這種扭曲並不是恆定的，這與許多科學家幾十年來的假設相反。這一突破發表在《光學》（Optica）雜誌上，證實了諾貝爾獎得主斯特凡-海爾（Stefan Hell）在上世紀 90 年代的預測。通過在線計算工具和軟件，每位研究人員現在都能確定生物樣本的正確深度。

用顯微鏡觀察生物樣本時，如果物鏡透鏡所處的介質與樣本不同，光束就會受到干擾。例如，當使用被空氣包圍的透鏡觀察水樣時，光線在透鏡周圍的空氣中比在水中彎曲得更厲害。這種干擾會導致測量的樣品深度小於實際深度。

"因此，樣品看起來會變平。這個問題由來已久，從上世紀 80 年代開始，人們就提出了一些理論來確定一個用於確定深度的校正係數。然而，所有這些理論都假定這一系數是恆定的，與樣品的深度無關。儘管後來的諾貝爾獎獲得者斯蒂芬-海爾（Stefan Hell）在上世紀 90 年代指出，這種比例可能與深度有關，但還是出現了這種情況"，雅各布-霍根布姆（Jacob Hoogenboom）副教授解釋道。

代爾夫特理工大學的前博士後謝爾蓋-洛格諾夫（Sergey Loginov）通過計算和數學模型證明，樣品在靠近透鏡的地方確實比遠離透鏡的地方顯得更加扁平。博士生 Daan Boltje 和博士後 Ernest van der Wee 隨後在實驗室證實，矯正因子與深度有關。

Van der Wee："我們已將結果彙編成網絡工具和軟件，隨文章一起提供。有了這些工具，任何人都可以爲自己的實驗確定精確的校正因子"。

"部分得益於我們的計算工具，我們現在可以非常精確地從生物系統中切出蛋白質及其周圍環境，用電子顯微鏡確定其結構。這種顯微鏡非常複雜、耗時，而且價格昂貴。因此，確保觀察到正確的結構非常重要，"Boltje 說。"有了我們更精確的深度測定，我們在錯過生物目標的樣本上所需花費的時間和金錢就會大大減少。最終，我們可以研究更多相關的蛋白質和生物結構。而確定生物系統中蛋白質的精確結構，對於瞭解並最終防治異常和疾病至關重要。"

在他們製作的網絡工具中，您可以填寫實驗的相關細節，如折射率、物鏡孔徑角和所用光線的波長：

https://axialscaling.pythonanywhere.com/

然後，該工具會顯示與深度相關的縮放因子曲線。您還可以導出這些數據供自己使用。此外，您還可以將結果與現有理論的結果結合起來繪製。

編譯來源：ScitechDaily